反渗透膜在火电行业脱硫废水处理中的应用分析

史小丽

(新疆环境保护科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830011)

火电厂作为我国主要的供电源，其90%以上采用"石灰石-石膏湿法脱硫"工艺处理燃烧的烟气废气，将烟气中的烟尘、SO2、氮氧化物、氯化氢及汞、铜、铅、砷、镉等重金属污染物转化到废水中，形成了水质变动大、组成成份较复杂、水质差等为主要特点的脱硫废水。这决定了脱硫废水成为最难处理的废水之一。随着国家对行业企业污水排放管理管控愈加严格，脱硫废水的处理尤其是零排放处理技术越来越受关注。

目前，脱硫废水零排放技术以膜浓缩减量法为最常见的处理工艺，一般先使用三联箱对脱硫废水进行中和、沉淀、絮凝等预处理，使水质达到了所使用膜的进水水质要求后才能进行膜处理工序，最后在进行蒸发结晶的工序，来实现脱硫废水的零排放。

1 反渗透膜的工作原理

利用渗透的原理，当渗透达到平衡时，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一个压差，此压差即为渗透压。人们在浓溶液一侧施加一定的外界压力，使溶剂反向运动即从浓溶液流向稀溶液测，溶质被截留在浓溶液一侧达到浓缩目的，就是所使用的反渗透法原理。

由于该方法较为先进，运行成本低且操作也比较简单，在溶液分离、提取工艺中得到广泛使用，而最普遍的应用范例就是在水处理工艺中的应用，无论是在饮用水净水设备中还是在废水处理工艺中都已成为举足轻重的组成部分。

2 反渗透膜的类型

按反渗透技术在水处理工艺中的应用，反渗透膜可分为碟管式(DTRO)反渗透膜和网管式(STRO)反渗透膜。

2.1 碟管式反渗透膜(DTRO)

碟管式反渗透膜是专门针对高浓度废水处理而开发，它把所有污染物质包括氨氮等大于1nm的分子及离子截留，从而达到处理各种污水的目的。碟管式膜组件主要由RO膜片、导流盘、中心拉杆、外壳、两端法兰各种密封件及联接螺栓等部件组成。把过滤膜片和导流盘叠放在一起，用中心拉杆和端盖法兰进行固定，然后置入耐压外壳中，就形成一个碟管式膜组件。

料液通过膜堆与外壳之间的间隙后通过导流通道进入底部导流盘中，被处理的液体以最短的距离快速流经过滤膜，然后180?逆转到另一膜面，再从流入到下一个过滤膜片，从而在膜表面形成导流盘圆周—圆中心—圆周—圆中心的切向流过滤，浓缩液最后从进料端法兰处流出。料液流经碟管式反渗透膜的同时，透过液通过中心收集管不断排出。浓缩液与透过液通过安装于导流盘上的O型密封圈隔离。

2.2 网管式(STRO)反渗透膜

网管式反渗透膜具有开放式流道，流道间距34～120mil(约1.2～4mm)，可降低流动阻力，降低浓差极化，便于膜清洗；耐压范围高，可达到较高的回收率。

STRO按耐受压力分类，有7.5、9.0MPa和12MPa三种等级。同种水质在膜通量一定的条件下，膜的耐压等级越高，该膜系统能到达的回收率就越高。但高耐压力对处理系统中高压泵、循环泵阀门等设备的要求就越高，成本也随之提高。目前运用9.0MPa运行的STRO膜系统较为常见，可实现约75%的回收率，满足了企业对于处理效率和成本控制的综合考量,反渗透膜类型对比一览表见表1。

表1 反渗透膜类型对比一览表

3 废水处理工程中的影响因素及运行参数

3.1 反渗透膜的进水水质要求

为了防止对反渗透膜造成不可逆破坏，废水在进入反渗透膜之前都会进行预处理已达到反渗透膜的进水水质要求(见表2)。一般要求SDI必须小于5且越小越好；浊度要小于0.2 NTU(最大允许浊度为1NTU)；水中不允许含有油和脂；水中的有机物对RO膜的影响最为复杂，应尽量在凝聚澄清过程中去除有机物，还可采用活性碳过滤进一步降低有机物含量。如原水的SDI大于5且浊度大于1.0，就必须在预处理单元的澄清工艺中加入混凝剂且要使用多介质过滤器；如原水中SDI小于5且浊度小于1，预处理可考虑介质过滤器和保安过滤器而不一定投加混凝剂，但需严格控制预处理混凝剂的使用量，防止对膜造成污染。

表2 反渗透膜进水水质要求

需要注意的是， 浓水不允许析出SiO2，当SiO2过饱和则可能聚合而形成不溶解的胶体硅或者硅胶而引起结垢。造成后期膜污染较难清洗和处理，严重缩短膜使用寿命，使整个水处理工艺受到影响。所以必须降低SiO2浓度。

控制系统回收率是一种最容易操作的防硅垢的方法。也可通过在澄清器中多加些氯化铁和铝酸钠进行石灰软化来处理。在实际应用中，进行温度控制也对防止SiO2结垢有一定的效果。

3.2 进水压力对反渗透膜的影响

进水压力本身并不会影响盐透过量，但是进水压力升高使得驱动反渗透的净压力升高，使得产水量加大，同时盐透过量几乎不变，增加的产水量稀释了透过膜的盐分，降低了透盐率，提高脱盐率。当进水压力超过一定值时，由于过高的回收率，加大了浓差极化，又会导致盐透过量增加，抵消了增加的产水量，使得脱盐率不再增加。这一点在伊学农等人对进膜压力对膜性能影响的研究中得到证实[1]。提升回收率，反渗透操作压力也有所上升。在同一回收率条件下,随着反渗透操作压力的增加，反渗透膜脱盐率也明显提高。

3.3 进水温度对反渗透膜的影响

反渗透膜产水电导对进水水温的变化十分敏感，温度升高，膜通量上升。随着水温的增加水的通量也线性的增加，进水水温每升高1℃，产水量就增加2.5%～3.0%(以25℃为标准)。反渗透膜适合的水温为15～35℃[2]。

3.4 进水pH值对反渗透膜的影响

进水pH值对脱盐率有较大影响。pH值在7.5～8.5之间，脱盐率达到最高。也有研究表明，反渗透膜在pH为6～8时脱盐率最高,超出此范围脱盐率都会明显下降。在操作压力、进水水温和水质相同的条件下，pH对反渗透膜脱盐率影响不明显[2]。

pH对膜性能的影响微乎其微，是对水中很多离子产生影响从而影响到了膜系统的处理效果的。

3.5 进水盐浓度对反渗透膜的影响

渗透压是水中所含盐分或有机物浓度的函数，进水含盐量越高，浓度差也越大，透盐率上升，从而导致脱盐率下降。但若提高回收率，随着进水流量增加，膜表面的水流速度也增加，从而减少了膜表面的浓差极化，反而提高了脱盐率[2]。

4 膜污染与膜的清洗

控制膜污染是膜处理技术的重要组成部分，直接决定了膜的使用寿命。解决膜污染最好的方法就是定期进行膜的清洗。反渗透膜在不同的膜组合工艺应用中清洗标准不同。以碟管式反渗透膜为例，一般膜通量下降10%～15%，或脱盐率下降10%～15%时，就应当对膜进行清洗处理了。张瑛洁等[3]通过采用多种化学清洗剂对超滤膜进行清洗试验，验证几种化学清洗剂对污染膜的清洗效果。韦贵菊等[4]指出需要针对膜污染物的性质选择不同的膜清洗方法，而且要注意到膜污染物质间的协同作用。还需要根据膜污染物种类决定膜清洗剂的使用顺序，使用组合，以取得较好的清洗效果，延长膜的使用寿命。

5 结论及讨论

众多的资料和应用表明，反渗透膜在目前的脱硫废水处理工艺中起到了重要的作用，反渗透膜的处理效率是受到pH、温度、压力等因素综合影响的，实际应用中，找到各影响因素在处理过程中的平衡点尤为重要。

在脱硫废水零排放处理工艺中，废水的预处理(软化、中和、絮凝、沉淀等)、膜系统的浓缩处理、蒸发结晶等处理工序是一个有机统一的整体处理过程，三者缺一不可，任一环节出问题都会直接影响脱硫废水的处理效果。结合某企业"零排放"工艺处理系统的实地察看和资料的查阅，在工艺流程设计和实际投运中有以下几点问题值得注意：

(1)在预处理过程中，如有条件应尽量采用基于水质参数精准预处理控制技术，这样可以通过多个水质参数的在线监测、传输及系统的控制，对处理模式、加药控制等进行智能而精准的切换及调控，不仅可根据实时水质变化达到最好的预处理效果，也有助于企业废水处理成本控制，以达到最经济的处理能力。

(2)在废水预处理工艺中，设计沉淀物处理工序时，要根据钙沉积物的特性(如碳酸钙密度较大、硫酸钙粘度较高等)进行底泥处理工艺设计，避免运行后无法正常压滤排出造成整个处理过程频繁停运。

(3)在膜处理工艺阶段，要充分考虑前阶段所加入药剂尤其是絮凝剂是否会加重膜污染，根据处理水质的实际情况寻找到保证水质处理需要和膜影响最低平衡点时的药剂加入量。